Neste capítulo procurou-se tratar de três características que distinguem a

mistura asfáltica estudada nesta pesquisa: misturas sem agregado graúdo,

feitas a frio, e com a utilização de polímero. Como os ensaios realizados

nesta pesquisa pretendem avaliar a resistência das misturas de areia-asfalto

a frio ao desgaste e à deformação permanente, também encontra-se neste

capítulo uma descrição destes defeitos.

3.1 AREIA-ASFALTO

A areia-asfalto é uma mistura betuminosa, usada para construção de bases

ou revestimentos, produzida com uso de agregado miúdo, com ou sem filler,

e asfalto. Como outros revestimentos asfálticos, podem ser produzidas a

quente, utilizando cimento asfáltico, ou a frio, com a utilização de emulsões

asfálticas ou asfaltos diluídos. .A principal diferença entre a areia-asfalto e o

concreto asfáltico é similar à diferença entre a argamassa e o concreto de

cimento Portland, ou seja, apenas a falta de agregados graúdos. E como no

caso do concreto, também existem diferenças de custo, resistência e de

durabilidade.

3.1.1 HISTÓRICO

O uso de revestimentos betuminosos na pavimentação de estradas teve

início na metade do século 19. No ano de 1876, na cidade de Washington,

3. O USO DE AREIA-ASFALTO, EMULSÃO E

POLÍMERO EM PAVIMENTAÇÃO

20

Estados Unidos, a mistura de agregados com asfalto foi utilizada pela

primeira vez (AGG, 1929), mas já em 1858, em Paris, França, utilizando

rocha asfáltica, foi construído o primeiro pavimento asfáltico (HERBERT1

apud AGG, 1929).

O revestimento denominado “sheet-asphalt” ou lençol asfáltico, em

português, é, depois dos revestimentos europeus com rocha asfáltica, o tipo

mais antigo de revestimento betuminoso (SMITH, 1923). Sua composição

granulométrica, apresentada na tabela 2.1, não difere muito da utilizada em

revestimentos de areia-asfalto atualmente. As principais características

deste tipo de revestimento eram: impermeabilidade, baixa sonoridade,

superfície lisa, economia, facilidade de construção e durabilidade (SAINZ,

1923). Como defeitos, apresentava superfície muito lisa, por isso não devia

ser utilizado em rampas maiores que 5%, além de ficar com a superfície

muito plástica em clima quente (AGG, 1929).

Peneira Abertura (mm) Limite (% passando)

10 2 100

20 1,20 87 - 97

30 0,60 75 - 91

40 0,42 64 - 80

50 0,30 53 - 67

80 0,177 35 - 46

100 0,15 24 - 31

200 0,074 13 -16

A composição granulométrica da areia-asfalto varia bastante entre as

especificações que tratam do assunto. De forma geral, são considerados

1 Hebert, A., “Asphalts and Allied Substances”, 2nd Ed., 1920, pp. 16,17,116, D.Van Nostrand Co.

Tabela 3.1: Distribuição granulométrica do "sheet asphalt" (SMITH, 1923)

21

como revestimentos de areia-asfalto, as misturas de areia (partículas com

diâmetro menor que 4,76 mm), ligante betuminoso e filler.

A distinção entre areia-asfalto e “sheet-asphalt” é bem tênue, mas alguns

autores procuraram diferenciá-los.

MELLO (S.D.), diferencia o “sheet-asphalt” da areia-asfalto nos seguintes

pontos:

• Ser fabricado apenas em centrais e a quente;

• Ser utilizado apenas em camadas de revestimento;

• Ser uma mistura densa;

• Adotar regras granulométricas mais precisas;

• Exigir o mesmo rigor de controle que concretos asfálticos;

• Exigir resistências mecânicas mais elevadas.

No HIGHWAY engineering handbook (1960) o revestimento “sheet-asphalt”

é descrito como mistura de agregados finos bem graduados, filler mineral e

asfalto. Cita-se também que quase sempre é necessária uma camada de

binder de igual espessura, e que a espessura total fica em torno de 7,6 cm.

Comentando sobre as vantagens e desvantagens deste revestimento são

citadas as mesmas características descritas por SAINZ (1923) e AGG

(1929), apresentadas anteriormente.

SOUZA (1961) cita as definições de areia-asfalto e de “sheet asphalt”

encontradas no “Asphalt Handbook” do The Asphalt Institute e no “Manual of

Highway Construction Practices and Methods” da AASHO e conclui que a

distinção entre um e outro tipo de revestimento está no rigor do controle e na

curva granulométrica:

Asphalt Handbook - The Asphalt Institute

SHEET ASPHALT - "É um pré-misturado utilizando areia graduada, filler e

cimento asfáltico"

22

AREIA-ASFALTO - "É definida como um pré-misturado a quente com areia

local e cimento asfáltico, sem muitas exigências no que se refere à

graduação do agregado ou, então, uma mistura a frio de areia local com ou

sem filler e asfalto líquido."

Manual Of Highway Construction Practices And Methods - AASHO

SHEET ASPHALT - "É um revestimento muito denso, de alto tipo, composto

de areia, filler e cimento asfáltico."

AREIA-ASFALTO - "É uma mistura de areia e asfalto, como diz o nome. A

areia usada é a que é, naturalmente, encontrada na estrada ou nas

vizinhanças."

BAPTISTA (1976) destingue a areia betume (sand asphalt) da areia asfalto a

quente (sheet-asphalt), sendo que a diferença entre as duas está na faixa

granulométrica e maior controle de execução no “sheet-asphalt”.

FRAENKEL (1980) descreve os revestimentos de areia-asfalto como macios,

fáceis de exsudar e pouco resistentes ao atrito do tráfego, mas no entanto

são uma solução quando não se encontram agregados graúdos disponíveis.

Já o sheet-asphalt é descrito por este autor como uma camada densa, de

alta qualidade, produzida a quente, que forma um revestimento que produz

pouco ruído com a passagem do tráfego, liso, durável, impermeável, e de

baixo atrito. O autor cita ainda que este revestimento tem alto custo e

durabilidade de aproximadamente 40 anos (sic). Apesar das diferenças de

desempenhos de sheet-asphalt e areia-asfalto citadas, as faixas

granulométricas dos revestimentos apresentadas pelo autor não diferem

muito. A maior diferença está na maior quantidade de filler que a mistura de

sheet-asphalt possui.

O ASPHALT INSTITUTE (1995), afirma que misturas de areia-asfalto e

sheet-asphalt normalmente não tem alta estabilidade e não são

23

recomendadas para locais de tráfego pesado. Como vantagem destas

misturas está o fato de que podem ser usadas em espessuras muito

pequenas o que pode ser usado para nivelamento do pavimento. A diferença

entre areia-asfalto e sheet-asphalt, cujas faixas granulométricas estão

apresentadas a seguir na figura 3.1, está na maior quantidade de filler e

granulometria mais grossa que o sheet-asphalt possui.

Das definições anteriormente citadas pode-se perceber que o revestimento

denominado de “sheet-asphalt” é um revestimento de areia-asfalto a quente

com maior teor de filler e produzido com mais rigor, no entanto poucos

autores especificam limites mais concretos para distinguir quando se pode

caracterizar uma mistura como areia-asfalto ou como sheet-asphalt.

Os revestimentos de areia-asfalto são usados geralmente quando não se

tem agregados de boa qualidade disponíveis para a construção de bases ou

revestimentos. São comumente descritos como misturas menos duráveis

porque a falta de agregados graúdos e alto volume de vazios torna este tipo

de revestimento menos resistente às exigências do tráfego e clima.

Figura 3.1: Limites para "sheet-asphalt" e areia-asfalto (ASTM D3515

apud ASPHALT INSTITUTE)

0102030405060708090

100

0,01 0,1 1 10

Diâmetro dos grãos (mm)

Por

cent

agem

pas

sand

o

sand-asphalt Sheet-asphalt

24

Apesar de não ser considerada uma mistura resistente, o revestimento de

areia-asfalto pode ser uma solução adequada em certas regiões. BOTTIN

FILHO (1997), estudou misturas de areia-asfalto a quente utilizando areias

de origem eólica da planície costeira do Rio Grande do Sul, uma região rica

em areias finas e pobre em rochas duras. Foram realizados ensaios de

módulo de resiliência, deformação permanente e desgaste, chegando-se a

conclusão de que o uso de areia-asfalto a quente em pavimentos com baixo

volume de tráfego nesta região é viável.

Mas nem sempre o uso de areia-asfalto consegue ser vantajoso. POTTS et

al (1980) afirmam com base na experiência de uso de areias da Florida,

Estados Unidos, que misturas de areia-asfalto a quente não obtêm

estabilidade suficiente e são difíceis de compactar, o que faz com que as

bases de areia-asfalto a quente sejam geralmente consideradas inferiores às

bases de materiais mais comuns.

AL-ABDULWAHHAB et al (1987) não encontraram bons resultados de

resistência com areia de duna e emulsão asfáltica na Arábia Saudita. Este

tipo de mistura teve comportamento instável, não demonstrando resistência

à deformação permanente especialmente em clima quente. No entanto

através da adição de finos britados e cimento Portland as propriedades da

mistura melhoraram significantemente.

O desgaste parece ter sido a principal desvantagem da areia-asfalto,

principalmente a frio, quando este revestimento começou a ser utilizado no

Brasil e também em outros países. REVERDY2 apud MELLO (S.D.), relata a

experiência com areia-asfalto a frio que começou a ser utilizada na França

em 1952 com asfaltos diluídos de cura rápida (RC):

“Um trecho feito com cut-back RC3 mostrou que este produto facilitava o

envolvimento dos grãos e o espalhamento (...). Após um ou dois anos de

2 Reverdy, G. “Les enrobés au cut-back” in Revue Generale des Routes et Aeròdromes - Junho 1956

25

uso, os revestimentos deste tipo colocados em Estradas Nacionais,

apresentaram um desgaste mais ou menos acentuado com formação sobre

as bordas de cordões de areia jogada pelo tráfego.”

No estado do Ceará, o início da pavimentação com areia-asfalto a frio se

deu por volta de 1960, com o uso de areia e asfalto diluído, a “Areia-RC2”.

Esta mistura asfáltica tornou-se o revestimento mais utilizado, tanto no

Ceará quanto no Nordeste, naquela época. O asfalto diluído de cura rápida

RC2 corresponde nas especificações atuais ao CR-250. Não existia

nenhuma especificação brasileira para este tipo de revestimento e os

trechos foram executados basicamente na improvisação (SANTANA, 1965).

Em estudo feito para analisar o comportamento de rodovias com

revestimento de areia-asfalto, SANTANA (1965) analisou vários trechos

construídos no Ceará, tomando medidas da espessura da capa,

descrevendo o estado do revestimento, extraindo amostras para análise

granulométrica, teor de ligante e densidade. Como resultado, constatou que

os trechos apresentavam variação muito grande da granulometria e teor de

asfalto utilizado.

Como já foi citado, o problema mais acentuado na época foi o desgaste, que

parecia ter como principal fator de influência a porcentagem de ligante, além

das influências das características e distribuição granulométrica da areia e

ocorrência de chuvas na fase inicial da vida do pavimento (SANTANA,1965).

Apesar deste defeito, quando bem executado, o revestimento de areia-

asfalto a frio apresentava resultados satisfatórios e correspondia a mais de

70% da pavimentação asfáltica do Ceará no começo da década de 60

(SANTANA, 1960).

Atualmente os revestimentos de Areia-asfalto a frio ainda são utilizados no

Ceará, tanto para a construção quanto para a restauração de pavimentos. O

Eng. Franklin Chaves, do DERT, cedeu fotografias de trechos de areia-

26

asfalto a frio e relatou o processo de utilização dos revestimentos de areia-

asfalto a frio pelo DERT. Não segue-se nenhuma norma específica, até

porque não existe nenhuma faixa granulométrica definida para areia-asfalto

a frio nas normas do DNER nem do DERT. Geralmente é utilizada areia de

rio que é peneirada apenas para retirar o material orgânico. Também não há

controle da umidade. A areia é misturada com a emulsão em usinas a frio,

como a da figura 3.2, geralmente com emulsão de ruptura média (RM -1C),

mas dependendo da granulometria pode ser utilizada emulsão de ruptura

lenta (RL – 1C). O mistura betuminosa fica estocada por vários dias curando

até que seja levada a campo para o espalhamento e compactação. A figura

3.3 mostra o espalhamento de areia-asfalto a frio na restauração de um

trecho. O material normalmente é espalhado com patrol, ou as vezes, com

uma acabadora e compactada com rolo de pneus. O espaço de tempo que

se leva até a liberação ao tráfego é de aproximadamente 8 horas, que

podem variar com as condições climáticas ou com as condições geométricas

do local (curvas ou tangentes).

Figura 3.2: Usina de Areia-asfalto a frio utilizada pelo DERT

27

Estes revestimentos, como já foi visto no capítulo 2, apresentam

desempenho inferior aos outros utilizados pelo DERT. Nas figuras 3.4 a 3.6

encontram-se fotos de trechos no município de Fortim, Ceará, ambos com

aproximadamente 4 km de extensão, um com bom desempenho e outro que

falhou com pouco tempo de construído.

Figura 3.3: Espalhamento de AAUF para restauração de um trecho

Figura 3.4: Revestimento de areia-asfalto em bom estado

28

Figura 3.5: Recapeamento de AAUF defeituoso

Figura 3.6: Detalhe do afundamento no recapeamento defeituoso

29

Outros autores apontam casos onde a areia-asfalto foi utilizada:

Segundo VIEIRA (1960), durante a II guerra mundial muitos aeroportos

foram construídos com areia asfalto pelo processo molhado, conhecida

como “Wet Sand”, por ser este um revestimento de execução rápida e

econômica e capaz de resistir ao tráfego.

De acordo com MELLO (S.D.), na cidade de Manaus, por falta de agregados

pétreos, a areia asfalto a quente era praticamente o único revestimento

utilizado por volta da década de 60. MELLO (1961) também comenta que na

construção de um trecho em Pernambuco, em 1957, a areia-asfalto foi

escolhida como revestimento devido a falta de agregados e da existência de

jazidas de areia, no entanto já se temia o desgaste acentuado.

FULTS (1998)3 relata que no Estado do Texas, Estados Unidos, a areia-

asfalto a quente foi utilizada como revestimento até o meio dos anos 80,

quando perdeu competitividade de custo com relação ao concreto

betuminoso usinado a quente.

3.2 POLÍMERO

Os polímeros são materiais de engenharia, de grande aplicação atualmente.

Entre os polímeros se incluem vários produtos de uso rotineiro, como os

plásticos, borrachas, fibras e adesivos (MANO, 1991). O termo “polímero”

vem do grego (“muitas partes”) e refere-se a moléculas grandes formadas

por reação química de muitas moléculas pequenas em cadeia. As moléculas

que reagem para formar polímeros são denominadas de monômeros.

3 Fults, K., (1998), “Request for Information - Reply”, KFULTS@mailgw.dot.state.tx.us , email pessoal

(8 jan.)

30

As propriedades dos polímeros são determinadas pela estrutura química dos

monômeros que os constituem, do processo de preparação e da técnica

desta preparação (MANO, 1985).

Os polímeros geralmente usados para modificar asfaltos são classificados

em duas categorias:

a) Elastômeros: Podem ser esticados e recuperam sua forma. Produzem

pavimentos mais elásticos.

b) Plastômeros: Dão alta resistência inicial mas são quebradiços. Garantem

alta estabilidade e rigidez.

Quando misturados, asfalto e polímero combinam suas propriedades

modificando as características da mistura asfáltica:

• Eleva o ponto de amolecimento

• Aumenta a viscosidade, permitindo aumento da espessura de película

sobre o agregado e portanto aumento de durabilidade.

• Diminui a susceptibilidade térmica

• Aumenta a elasticidade

• Aumenta coesão

A capacidade de se atingir estas características depende da compatibilidade

asfalto/polímero e quantidade e tipo de polímero adicionado, mas de

maneira geral as misturas asfálticas produzidas com adição de polímeros

apresentam desempenho melhor do que as convencionais. A maior

diferença está no comportamento reológico, principalmente com relação à

temperatura.

31

3.2.1 HISTÓRICO

A utilização de polímeros em revestimentos asfálticos começou

aproximadamente 40 anos depois do início da pavimentação asfáltica. Uma

das primeiras vezes que se utilizou um composto de asfalto/borracha foi em

1902, em Cannes, França (FARAH, 1987).

No Brasil a primeira experiência com polímeros aconteceu em 1968 na

Bahia com a adição de látex de SBR (styrene butadiene rubber) aniônico em

misturas de concreto asfáltico. Em 1976 a Petrobrás começou pesquisas

sobre composição asfalto/látex em conjunto com a empresa Petroflex e o

Departamento de Estradas de Rodagem do Rio de Janeiro (DER-RJ),

utilizando látex aniônico. Os estudos com látex catiônico começaram em

1979 visando sua utilização em misturas asfálticas a frio (FARAH, 1987)

A literatura é farta em pesquisas sobre misturas asfálticas modificadas com

polímeros onde foram encontradas melhoras nas características das

misturas com relação à deformação permanente, vida de fadiga e

susceptibilidade térmica

PINTO et al. (1983) utilizaram ensaios de compressão diametral para

analisar as características elásticas de amostras de concreto asfáltico

alterados com adição de látex. Para os concretos asfálticos que utilizavam

CAP 85-100 os ensaios mostraram que o latéx contribuiu para aumentar a

vida de fadiga.

ZHOU et al. (1994), executaram ensaios em misturas moldadas em

laboratório e construíram seções de teste para avaliar o desempenho de 3

concretos asfálticos modificados com polímeros. Os resultados encontrados

apontam que os asfaltos modificados com polímero apresentam menor

susceptibilidade térmica que os convencionais. Também verificou-se que os

trechos construídos com asfalto convencional tinham maior perda de

agregado que os com asfalto modificado.

32

QI et al. (1995), caracterizaram o comportamento das deformações

permanentes de misturas com e sem polímero a temperaturas de 40oC e

60oC, onde o pavimento flexível é mais susceptível a formação de trilhas de

rodas. Eles chegaram à conclusão de que a utilização de polietileno

modificou as características viscoelásticas do concreto asfáltico a altas

temperaturas, resultando em misturas com módulos de elasticidade maiores

do que os das misturas convencionais. Isto reflete-se na resistência da

mistura à deformação permanente.

CERATTI et al. (1996) apresentaram um estudo comparativo do

comportamento mecânico de misturas asfálticas convencionais e com ligante

modificado com polímero SBS. Para análise foram realizados ensaios de

módulo de resiliência por compressão diametral, resistência à tração por

compressão diametral estática e “creep” dinâmico. O resultado desta

pesquisa indica que as misturas com SBS apresentam superioridade com

relação à resistência à tração, com picos de resistência em teores abaixo do

ótimo. Os resultados dos ensaios de Creep dinâmico também apontaram

para uma superioridade das misturas com polímero, mostrando grande

potencial para reduzir deformações permanentes.

Na literatura também existem pesquisas onde não foram encontradas

melhoras de desempenho com o uso de asfalto modificado com polímero.

OLIVEIRA & MOTTA (1996) desenvolveram estudo comparando concretos

asfáticos fabricados com um cimento asfáltico convencional e com o mesmo

cimento asfáltico modificado com 3 percentuais de polímero. Com base nos

resultados de ensaios de creep, deformação elástica, tração estática e

resistência à fadiga não evidenciou-se melhor desempenho com o acréscimo

de polímero à mistura.

33

3.3 EMULSÃO ASFÁLTICA

A emulsão asfáltica é obtida pela dispersão de uma fase asfáltica em uma

fase aquosa. Para isso, é preciso utilizar um moinho coloidal para triturar o

cimento asfáltico de petróleo (CAP) em partículas muito pequenas (1 a 10

µ). O esquema simplificado de produção da emulsão asfáltica encontra-se

na figura 3.7.

Basicamente o que se utiliza na produção de uma emulsão asfáltica é CAP,

água, agente emulsionante e energia para fazer a dispersão (IBP, 1994). O

cimento asfáltico moído é envolvido pelo agente emulsionante, cujas

moléculas possuem uma parte polar, que envolve os glóbulos de asfalto,

diminuindo a tensão entre as fases aquosa e asfáltica, impedindo que as

partículas, dispersas em água, se unam prematuramente (SANTANA, 1992).

Quando o CAP separa-se da água e adere ao agregado, caracteriza-se a

ruptura da emulsão. De acordo com a velocidade desta ruptura a emulsão é

Asfalto Fluxante Solvente

Ácido Emulsifi- cante

Água Solvente

Moinho

Emulsão

Fase Aquosa

Fase Ligante

Energia Mecânica

Figura 3.7- Esquema de produção de emulsão (IBP, 1994)

34

denominada de ruptura lenta, média ou rápida. A ruptura ocorre pela atração

entre o agregado e a emulsão que devem ter cargas contrárias.

Com relação à carga de partícula, a emulsão pode ser classificada em

catiônica, aniônica ou não-iônica. As emulsões catiônicas são indicadas para

uso em agregados de carga negativa, e as emulsões aniônicas para

agregados de carga positiva. Nas emulsões não-iônicas a emulsão adere ao

agregado apenas pela evaporação da água (MOUTHROP et al., 1997).

3.3.1 HISTÓRICO

O início da pavimentação com emulsão asfáltica remonta aos anos 20

(MOUTHROP et al., 1997), mas só foram introduzidas no Brasil por volta de

1952 (VOGT, 1971). Em 1962 foram introduzidas as emulsões catiônicas.

Nos primeiros 15 meses sua utilização foi muito restrita, mas após bons

resultados na renovação da rodovia Presidente Dutra, seu prestígio se

consolidou.

A emulsão asfáltica apresenta várias vantagens com relação às misturas

convencionais a quente:

• Uso de equipamentos mais simples, sem necessidade de aquecer o

agregado

• Eliminação dos riscos de incêndios e explosões

• Facilidade na distribuição do ligante

• Não emissão de hidrocarbonetos na atmosfera

MOUTHROP et al. (1997) citam dados do U.S. Department of Agriculture

para comparar os custos de misturas a frio e a quente em 1976. O custo por

tonelada das misturas fabricadas com emulsão são menores do que das

misturas a quente, no entanto devido a equivalência de camadas utilizada na

época ser de 1:1,4 o custo por quilômetro é maior. Hoje em dia a

equivalência entre camadas a frio e a quente está se aproximando de 1:1, o

que torna as misturas a frio mais baratas do que as a quente.

35

Em contraponto às vantagens citadas, MOUTHROP et al. (1997) enumeram

as barreiras que impedem maior utilização de misturas a frio. Os

procedimentos de dosagem não se baseiam no desempenho, e a taxa de

cura ainda não está perfeitamente compreendida. Este aspecto é discutido

mais adiante.

3.3.2 DISCUSSÃO SOBRE MÉTODOS DE DOSAGEM

A dosagem com emulsão asfáltica é mais complexa do que a dosagem de

misturas a quente e não há unanimidade sobre que método utilizar.

WALLER JR (1980) pesquisou 9 métodos de dosagem de emulsão asfáltica

utilizados nos Estados Unidos e verificou que não há consenso com relação

à quantidade de água a ser adicionada, teor ótimo de emulsão, grau e

método de cura e critério de resistência. Entretanto ele pôde verificar que a

maioria dos métodos utilizam modificações do método Marshall ou Hveem.

O tempo e modo de cura parecem ser os fatores mais importantes e devem

estar o mais próximo possível do processo que acontece no campo. O

tempo de cura tem grande influência nos resultados obtidos nos ensaios

(WALLER JR., 1980), pois a resistência das misturas com emulsão asfáltica

é governada pela perda de umidade (MAMLOUK et al. 1980). A máxima

estabilidade só será alcançada quando praticamente toda água na mistura

tiver evaporado, o que pode levar meses no campo. Por isso a evaporação

rápida feita em estufa pode não ser realista (DARTER et al., 1980; WALLER

JR., 1980).

Para verificar a influência do tempo de cura no módulo resiliente, DARTER

et al. (1980) realizaram um experimento onde corpos de prova foram

ensaiados desde logo após a moldagem até com 48 dias de cura à

temperatura ambiente. Verificaram que ocorreu um aumento rápido da

resistência, de aproximadamente 28 vezes, o que está relacionado com a

perda de umidade. A figura 3.8 ilustra este experimento.

36

Figura.3.8: Efeito da cura ao ar no módulo de resiliência (adaptado de DARTER et al.,

1980)

Tempo de cura (dias)

Mó

du

lo d

e re

siliê

nci

a (p

si x

105 )

SANTANA (1992) levanta o questionamento de qual seria o tempo e

temperatura de cura mais conveniente antes da compactação e após a

compactação até o ensaio de estabilidade. Como não existe concordância

internacional para estes valores, SANTANA (1992) sugere que os

laboratórios brasileiros sigam a norma DNER-ME 107-80. Esta norma

sugere que o tempo de cura antes da compactação para misturas

produzidas com emulsão de ruptura rápida e média seja de 4 a 6 horas e de

no máximo 60 minutos para emulsões de ruptura lenta, ambos a temperatura

ambiente. Após a compactação a norma recomenda cura em estufa por 24

horas a 60oC. No entanto vale ressaltar que parece ser incoerente esta

norma sugerir cura de 4 a 6 horas antes da compactação para emulsões de

ruptura média enquanto para emulsões de ruptura lenta cura de apenas 60

minutos.

O modo de cura foi investigado por MAMLOUK et al. (1980). A cura antes da

compactação promove um melhor recobrimento do agregado, por isso

sugere-se que seja feita por 1 hora à 60oC. A figura 3.9 mostra a variação da

37

umidade em misturas ainda não compactadas pela cura a temperatura

ambiente e em estufa a 60oC. A figura 3.10 mostra a mesma variação para

misturas já compactadas deixadas curar dentro e fora do molde a

temperatura ambiente e fora do molde a 49oC. Notadamente os corpos de

prova curados fora do molde perdem umidade mais rápido, pois a área

superficial por onde a água pode sair é maior. MAMLOUK et al. (1980)

consideram que a cura fora do molde por 3 dias à 49oC representaria

aproximadamente o processo de cura no campo.

A umidade tem grande influência na resistência da mistura. DARTER et al.

(1980) consideram que entre os critérios importantes na seleção do teor

ótimo de emulsão está a estabilidade na condição de saturação e a perda

percentual de estabilidade entre as condições seca e saturada. Como modo

e tempo de cura afetam o teor de umidade no corpo de prova, os resultados

encontrados no método de dosagem estarão diretamente atrelados a forma

como se faz a cura. Desta forma um método que utilize cura mais severa e

demorada provavelmente vai obter valores de resistência de seus corpos de

prova superiores aos de outro método com cura mais branda. Portanto um

critério geral de resistência pode não ser adequado e é preferível que cada

método tenha seu critério particular.

Com relação à porcentagem de água adicionada para umedecimento dos

agregados, a maioria dos métodos só encontra esta relação por tentativa e

erro. A água adicionada ajuda a reter as partículas finas e facilita um

recobrimento mais uniforme da emulsão. MAMLOUK et al. (1980) concluíram

que a interação da água adicionada com o teor de emulsão tem um efeito

significante na estabilidade Marshall.

Preferiu-se nesta pesquisa utilizar para a dosagem e moldagem dos corpos

de prova o método DNER-ME 107-80. Esta decisão foi tomada por este ser

um método brasileiro e por não haver consenso internacional por nenhum

outro procedimento.

38

Tempo de cura (dias)

Um

idad

e re

tid

a

(% e

m p

eso

do

ag

reg

ado

)

Cura em estufa

60oC

Cura em temperatura ambiente

22oC

Figura.3.9: Comparação entre cura em estufa e cura à temperatura ambiente

(adaptado de MAMLOUK et al., 1980)

Um

idad

e re

tid

a

(% e

m p

eso

do

ag

reg

ado

)

Figura 3.10: Influência do modo de cura na umidade retida (adaptado de

MAMLOUK et al.,1980)

Cura antes da compactação: 1 h a 60o C

Tempo de cura (dias)

Cura após a compactação:

I Dentro do molde a temperatura ambiente

II Fora do molde a temperatura ambiente

III Fora do molde a 49o C

39

3.4 DEFORMAÇÃO PERMANENTE E DESGASTE EM AREIA-

ASFALTO A FRIO

A areia-asfalto a frio está sujeita aos mesmos processos de deterioração que

ocorrem em outros tipos de revestimento. Serão abordados aqui apenas dois

tipos de defeito: a deformação permanente e o desgaste.

A deformação permanente será estudada porque a ausência de agregados

graúdos e as altas temperaturas do nordeste brasileiro são fatores de

influência na formação de trilhas de roda. O estudo do desgaste deve-se a

este ser um problema bastante citado pela literatura em revestimentos de

areia-asfalto, principalmente a frio.

3.4.1 DEFORMAÇÃO PERMANENTE

A formação de trilhas de rodas em pavimentos asfálticos é o resultado do

acumulo de deformações permanentes em uma ou mais camadas de um

pavimento devido a passagem do tráfego. A deformação ocorre por dois

mecanismos: aumento da densidade da mistura devido a pós-compactação

do tráfego e a deformação plástica por cisalhamento.

A partir da observação e exame de seções de pavimento, PARKER &

BROWN (1992) criaram um modelo, representado na figura 3.11, que

descreve a formação de trilhas de roda como um processo de duas fases.

Na primeira fase ocorre a densificação, resultado da pós-compactação que o

tráfego impõe ao pavimento. Este tipo de deformação é mais pronunciada

logo após a construção do pavimento, tende para um valor constante a

medida que o volume de vazios diminui. Com o volume de vazios próximo de

4% a deformação deve estabilizar. Aproximadamente nesta porcentagem,

afirmam os autores, a capacidade de uma mistura em resistir à deformação

permanente é máxima.

40

Em pavimentos que apresentam deformação excessiva uma segunda fase

também ocorre: A partir de 2% de vazios a mistura torna-se instável e

desenvolve-se a fluência plástica. Neste caso não há aumento significativo

de densidade, mas um deslocamento de massa que causa solevamento

lateral.

A deformação permanente ocasiona aumento da irregularidade longitudinal e

compromete a segurança da rodovia, mas dentro de certos limites é

considerada normal. No Brasil, considera-se que flechas nas trilhas de rodas

entre 15 e 20 mm sejam sinal de que a estrutura atingiu um estágio terminal

(PINTO, 1996). O acumulo de água nas trilhas de roda aumenta a

possibilidade de hidroplanagem e formação de spray (PARKER & BROWN,

1992), reduzindo a segurança.

Diversos fatores determinam a tendência de uma mistura betuminosa em

desenvolver deformações permanentes, sendo os mais importantes as

relações com a temperatura de serviço, propriedades dos materiais e

características do tráfego. Vamos abordar aqui apenas a influência dos

TEMPO

DE

FOR

MA

ÇÃ

O

PE

RM

AN

EN

TE

DENSIFICAÇÃO

VAZIOS

8 4 % DE

FOR

MA

ÇÃ

O

PE

RM

AN

EN

TE

TEMPO

VAZIOS

8 4 %

VAZIOS

4 2 %

VAZIOS

2 0 %

DENSIFICAÇÃO FLUÊNCIA

PLÁSTICA

Figura 3.11: Modelos de desenvolvimento de trilha de roda (Parker & Brown,

1992)

41

agregados e da temperatura, pois estes dois fatores são os mais críticos

para revestimentos sem agregado graúdo utilizados em climas quentes.

a) INFLUÊNCIA DA DIMENSÃO DOS AGREGADOS

Apesar do asfalto ser bastante sensível à temperatura, vários pesquisadores

indicam que a influência do ligante asfáltico é secundária frente os efeitos da

forma do agregado, tamanho máximo e granulometria (SANDERS &

DUKATZ, 1992).

BROWN & BASSETT (1990) concluíram que o aumento do tamanho dos

agregados aumenta a qualidade da mistura, com respeito ao teste “creep”,

ao módulo resiliente e à tensão de tração direta. Desta conclusão infere-se

que o pequeno diâmetro dos grãos é um fator potencializador na formação

de deformações permanentes, e que uma mistura asfáltica apenas com

areia, está em desvantagem em relação a outras misturas que possuam

agregados maiores.

Para altas temperaturas a resistência à deformação do revestimento deve-se

em grande parte ao agregado mineral (DAVIS, 1987). Este autor afirma que

aumentando a concentração volumétrica de agregados e

consequentemente, diminuindo o volume de vazios, maximiza a resistência à

deformação da mistura. Em revestimentos de areia-asfalto, por

apresentarem uma curva granulométrica com agregados com diâmetro

uniforme, a concentração volumétrica não pode ser muito alta, o que o faz

ser menos resistente do que revestimentos com esqueleto mineral mais

completo. No entanto, COELHO (1996) em estudo sobre deformação

permanente ensaiou misturas betuminosas de granulometrias variadas e

verificou que misturas asfálticas finas parecem ter grande resistência a

deformação permanente, apesar de que apresentaram grande variabilidade

de resultados, decorrente da uma sensibildade aos processos de misturação

e compactação.

42

Além do tamanho máximo dos grãos, a sua forma tem grande influência na

deformação permanente. Agregados angulares inter-travam melhor que os

arredondados e suportam a maior parte da tensão quando o pavimento é

submetido a um carregamento. Para altas temperaturas de serviço o asfalto

torna-se menos viscoso e a carga compressiva aplicada é suportada

principalmente pelo intertravamento dos agregados. Como agregados

angulares e de textura superficial áspera oferecem melhor intertravamento,

menores deformações permanentes são esperadas em pavimentos com

estes agregados (KIM et al., 1992). No caso de revestimentos sem

agregados graúdos, o esforço transmitido pelo tráfego é absorvido

principalmente pela película de asfalto que envolve os grãos (MELLO, S.D.).

Um estudo realizado no Estado do Texas, Estados Unidos, concluiu que a

textura lisa e a forma arredondada das partículas eram os fatores que mais

contribuíam para deformação permanente em concreto asfáltico (PERDOMO

et al., 1992).

Já DUKATZ4 apud KIM et al. (1992) concluiu que a deformação permanente

em misturas asfálticas era principalmente afetada não só pela forma, mas

também pela durabilidade e a dureza dos agregados, além da curva

granulométrica.

É difícil de quantificar o quanto a curva granulométrica afeta a resistência à

deformação permanente. Apesar de encontrarem coeficientes de correlação

muito pequenos, PARKER & BROWN (1992), concluíram que o aumento da

porcentagem de material passando nas peneiras No50 e No200 aumenta a

profundidade de trilhas de rodas.

Com relação ao diâmetro do agregado, alguns estudos levaram a conclusão

que a angularidade dos agregados miúdos é mais importante do que a dos

4 Dukatz, E.L. Jr., “Aggregate Properties Related to Pavement Performance”, Proceedings of

Association of Asphalt Paving Technologists, Vol. 58, 1989.

43

agregados graúdos. Quanto a resistência a deformação o efeito mais

prejudicial é permitir um material com areia arredondada. (SANDERS &

DUKATZ, 1992).

A quantidade e tipo do filler usado também estão entre os principais fatores

que afetam a resistência do pavimento à deformação. O comportamento do

filler difere dos agregados de diâmetros superiores. As partículas menores

que a película de asfa lto ficarão suspensas, reagindo com os componentes

asfálticos e aumentando a viscosidade do ligante, e por conseqüência a

rigidez, enquanto outra parte do filler estará em contato direto com as

partículas maiores, preenchendo os vazios entre os agregados, e portanto

aumentando densidade e resistência da mistura. (PUZINAUSKAS, 1983; AL-

SUHAIBANI et al., 1992).

AL-SUHABANI et al. (1992) realizaram uma pesquisa variando a quantidade

e tipo de filler utilizado em uma mistura asfáltica, usando como fillers a cal

hidratada, o pó de calcário, e cimento portland. Foi verificado que a

substituição de pó de calcáreo por cal hidratada ou cimento portland

aumenta a tendência à deformação permanente.

b) INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA

Outros autores acreditam que a influência do clima é mais importante que a

da granulometria na previsão de deformações permanentes (MATTHEWS &

MONISMITH, 1992).

FAW & TAN (1992) executaram ensaios utilizando um simulador de tráfego

em trilha de roda para estudar efeitos da temperatura e velocidade de

carregamento no desenvolvimento de deformações permanentes nas

misturas. Os corpos de prova foram testados sob duas velocidades de

carregamento (20 e 60 carregamentos por minuto) e duas temperaturas (45

e 60oC). Analisando as deformações após 10.800 aplicações de carga,

constataram que a temperaturas maiores os afundamentos são mais

44

profundos, “o que está dentro das expectativas porque o ligante asfáltico

está menos viscoso à temperaturas mais altas, e portanto mais propenso à

deformação permanente sob carregamento”. Também foi constatado que o

efeito da temperatura se torna mais evidente quando a velocidade do teste é

menor.

3.4.2 DESGASTE

O desgaste é definido como arrancamento progressivo do agregado do

revestimento por efeitos tangenciais do tráfego (SANTANA, 1992). A

gravidade deste defeito reside no fato de que a perda de agregado reduz a

rugosidade do revestimento, o deixando mais escorregadio e portanto

menos seguro. Na areia-asfalto esta é uma desvantagem preocupante, visto

que a falta de agregados graúdos já é um fator que contribui negativamente

para a aderência pneu-pavimento (MOMM & DOMINGUES, 1996).

O desgaste vem sendo relatado como um defeito que ocorre com freqüência

em revestimentos de areia-asfalto há bastante tempo. SANTANA (1965),

após estudar revestimentos de areia-asfalto construídos no Ceará apontou

os seguintes fatores como responsáveis pelo desgaste:

• Teor de asfalto;

• Natureza da Areia;

• Granulometria da Areia;

• Melhorador de adesividade;

• Ocorrência de chuvas na fase inicial da vida do revestimento.

O aumento do teor de asfalto é inversamente proporcional ao desgaste.

Quanto maior for a quantidade de asfalto presente na mistura mais os grãos

ficam recobertos e mais difícil é arrancá-los.

Já a influência da natureza da areia deve-se a adesividade entre ligante e

agregado, algumas areias podem não ser adequadas ao uso em

45

pavimentação por apresentarem baixa adesividade em combinação com o

tipo de emulsão utilizada. A adesividade é função da atividade química entre

asfalto e o agregado, dependendo da natureza de ambos (SANTANA, 1992).

Partículas com cargas iguais se repelem, e portanto asfalto e agregado com

mesma carga elétrica não possuem boa adesividade

A granulometria também tem importância porque areias bem graduadas e

com grãos angulosos e pouco esféricos formarão uma massa mais coesa.

Com relação ao melhorador de adesividade, sua presença facilita a ligação

entre ligante e agregado e reduz o desgaste. A chuva é prejudicial na fase

inicial da vida do revestimento pois "lava" a emulsão do agregado e reduz

seu recobrimento.

A ocorrência do desgaste também está ligada a perda de ligante por

oxidação ou ação do tráfego (BALBO, 1997)

A oxidação é um processo natural dos revestimentos asfálticos, devida à

ação do oxigênio junto ao asfalto. Este processo é acelerado na presença de

calor e luz, por isso ocorre com mais intensidade nos revestimentos a

quente, que sofrem uma oxidação acentuada durante o processo de

usinagem.